CN105805405A - 一种海水液压比例流量控制阀 - Google Patents

一种海水液压比例流量控制阀 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带电反馈的水压比例流量控制阀，该阀由给定的流量电信号控制，通过比例电磁铁直接驱动上阀芯做轴向运动，节流口的实际位置由位移传感器反馈给控制系统，控制系统及时纠正与给定输入值的任何偏差，使流量阀的操作更加灵活、方便，控制也更加准确、稳定。该阀上、下阀芯分别采用阀体导流和阀芯导流结构，大大减少了阀芯所受液动力，气穴影响也得到降低，使得流量阀的稳态性能得到提高。下阀芯与阀体之间的密封采用膜片密封，一方面解决了阀芯与阀套之间的密封问题，基本实现零泄漏；另一方面，与密封圈密封相比，采用膜片密封，下阀芯在移动过程中受到的摩擦力为零，大大提高流量阀的动态响应，同时进一步简化了流量阀的结构。

Description

一种海水液压比例流量控制阀
技术领域
本发明应用于以海水或淡水为工作介质的液压传动技术领域，涉及一种流量控制阀，用于水液压传动系统的流量调节。
背景技术
水液压传动技术是以水作为工作介质的液压传动技术，用水代替矿物油能够有效避免使用矿物油所带来的易燃易爆、污染环境、维护困难、废液处理困难等一系列严重问题，具有经济、安全、环保等突出优点，在纺织、化工、食品、制药、消防等行业中有着良好的应用前景，因此受到整个液压界的关注。
然而，与矿物油相比，水具有粘度低、润滑性差、电化学腐蚀性强、汽化压力高等理化特性，使水液压控制阀的研制面临着气穴与气蚀、磨损与泄漏等不可避免的关键技术问题。水液压流量控制阀是用于控制系统流量的阀类，通过调节系统流量的大小，达到控制执行元件速度的目的。丹麦Danfoss公司研制的带压力补偿的VOH30M型流量控制阀(如图1所示)，依靠补偿阀芯的上下移动，对节流口1前后压差的变化进行自动补偿，从而维持通过阀的流量基本为某一定值。对于VOH30M型流量控制阀，其补偿阀芯与阀套之间的密封主要是依靠缩小两者的间隙来保证，配合间隙的减少不仅会对加工提出更高的要求，而且极易被水中的杂质颗粒堵塞，导致阀芯卡死。针对Danfoss生产的流量控制阀存在的一些问题，国内华中科技大学做了进一步的改进。华中科技大学通过在阀芯2(补偿阀芯)上加装组合密封圈(如图2)以解决补偿阀芯和阀套之间的密封问题。然而，利用密封圈对阀芯与阀套之间的间隙进行密封，当间隙较大时，密封圈密封效果较差，阀芯与阀套间的泄漏将会增加，导致密封失效；当间隙较少时，加装密封圈将会使阀芯受到相当大的摩擦力，当进、出口压力改变时，阀芯2不能快速补偿节流口1前后的压差变化，导致流量超调量增大，使流量阀的动态特性降低。此外，Danfoss公司和华中科技大学研制的水压流量控制阀均通过手柄调定节流阀阀口的开度，操作不够方便、灵活。因此，在水压流量控制阀的研制中还有许多问题亟待研究。
发明内容
针对以上问题，本发明公开了一种海水液压比例流量控制阀。该阀能够按给定的输入信号连续地、按比例准确地控制系统流量，操作方便、灵活，比例电磁铁12上的位移传感器能够检测节流阀口的开度，并反馈给控制放大器，及时纠正上阀芯2存在的任何偏差，使控制更加准确、可靠。同时，该阀上阀芯2采用阀体导流结构，下阀芯I(5)采用阀芯导流结构，有效减少液动力以及气穴对流量阀的影响，大大提高了流量控制阀的稳态性能。此外，下阀芯与阀体之间的密封采用膜片密封，一方面解决了阀芯与阀套之间的密封问题；另一方面，与密封圈密封相比，采用膜片密封，下阀芯在移动过程中受到的摩擦力为零，大大提高流量阀的动态响应。同时，膜片是由具有一定弹性的橡胶加工制造，能够起到复位弹簧的作用，当流量阀停止工作时，促使下阀芯恢复零位，简化了阀的结构。
本发明公开的海水液压比例流量控制阀，其特征在于：该流量阀主要由带位移传感器的比例电磁铁(12)、连接板(1)、上阀芯(2)、阀体I(3)、复位弹簧(4)、下阀芯I(5)、、阀体II(6)、下阀芯II(7)、阀体III(8)、挡板(9)、膜片(10)、沉头螺钉(11)以及长螺栓(13)等零件组成；比例电磁铁(12)和连接板(1)通过长螺栓(13)连接在一起，连接板(1)和阀体I(3)以及挡板(9)和阀体I(3)皆通过沉头螺钉固定。在阀体I(3)中开有上、下两空腔，上下两腔由通孔连通。上阀芯(2)和复位弹簧(4)置于阀体I(3)的上空腔，下阀芯处于阀体I(3)的下空腔。其中，复位弹簧(4)可以为圆柱螺旋弹簧或者碟簧。该流量阀采用板式连接，在阀体I(3)的同侧设有进水口Q1和出水口Q2，进、出水口与阀体I(3)的内部上、下空腔连通，同时在阀体I(3)上开有导水孔，从而将进水口Q1与下阀芯II(7)底部空间相连。
上阀芯(2)选用耐蚀材料加工制造，其结构为锥阀形式：阀芯锥面柱面以及锥面凸台之间皆为圆弧过渡。上阀芯(2)上设有连通孔；上阀芯(2)上端外侧攻有一段螺纹。
上阀芯(2)与阀体I(3)形成上节流口，在节流口处，将阀体I(3)加工成倒角结构。
下阀芯采用分体结构，由下阀芯I(5)和下阀芯II(7)组成。下阀芯I(5)和下阀芯II(7)通过螺纹连接，且两者皆用耐蚀材料加工制造。
下阀芯I(5)端部平均分布的四个矩形槽与阀体I(3)形成下节流口；在下阀芯I(5)外端紧接矩形槽的位置设有锥形导流面。
下阀芯II(7)的底部中心设有十字矩形槽。
下阀芯与阀体III(8)通过膜片(10)进行密封。膜片采用橡胶加工制造。下阀芯I(5)穿过膜片(10)中间设置的通孔，随着与下阀芯II(7)的螺纹配合而固定。在膜片10、阀体II(6)以及阀体III(8)相同位置设置4个孔，通过沉头螺钉将膜片压紧在阀体II(6)和阀体III(8)之间。
阀体II(6)、阀体III(8)、下阀芯I(5)以及下阀芯II(7)与膜片(10)的相接触的面加工为锯齿面。
带位移传感器的比例电磁铁(12)能够检测上阀芯(2)的实际位置，将检测到的位移信号反馈给控制系统，控制系统对节流阀阀芯产生的任何偏差进行及时纠正。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.该发明通过比例电磁铁将给定的电信号转换为力来控制节流阀口的开度，比传统流量阀利用手柄调节更加快速、灵活。利用位移传感器检测上阀芯实际位置，并将检测到的位置信号反馈给控制系统，使控制系统能够及时纠正与给定输入值的任何偏差，大大提高了水压比例流量控制阀控制精度。
2.该阀的上阀芯2采用的锥阀结构锥面柱面采用圆弧过渡，且在锥阀阀芯头部加凸台，凸台与锥面之间也采用圆弧过渡。上阀口前流道顺时针旋转一定角度，阀口后流道逆时针旋转一定角度(如图4所示)，使介质流动变得平缓，使上阀芯受到的液动力大大减少，同时也减少了气穴的影响。
3.该阀的下阀芯I(5)采用了一种阀芯导流结构(如图5所示)，在阀芯外面紧接矩形节流口位置设有锥形导流面，减少了下阀芯受到的液动力，改善了下阀芯的补偿特性，使流量阀的稳态特性大大地提高。
4.下阀芯与阀体之间的密封采用膜片密封，一方面解决了阀芯与阀套之间的密封问题，基本实现零泄漏；另一方面，与密封圈密封相比，采用膜片密封，下阀芯在移动过程中受到的摩擦力为零，大大提高流量阀的动态响应。同时，具有一定弹性的橡胶膜片，能够替代下阀芯的复位弹簧，在流量阀停止工作时，使下阀芯复位，进一步简化了流量阀的结构。
附图说明
图1为丹麦Danfoss公司生产的VOH30M型流量控制阀
图2为华中科技大学研制的海水液压流量控制阀
图3为本发明专利的结构示意图；
图4为上阀芯2的局部放大图。
图5为下阀芯I5的局部放大图。
图中的标号为1—连接板，2—上阀芯，3—阀体I，4—复位弹簧，5—下阀芯I，6—阀体II，7—下阀芯II，8—阀体III，9—挡板，10—膜片，11—沉头螺钉，12—带位移传感器比例电磁铁，13—长螺栓。
具体实施方式
本发明公开了一种海水液压比例流量控制阀，其具体实施方式如下：
输入给定的电信号，带位移传感器的比例电磁铁12产生的电磁推力通过推杆作用于上阀芯2上端，上阀芯2在电磁力的作用下克服弹簧力和摩擦力的作用，移动到对应位置，位移传感器将对上阀芯2的实际位置进行检测，并将检测到的位置信号反馈给控制系统，控制系统及时纠正与给定输入值的偏差，使上阀芯2移动到调定位置，使上节流口保持对应的开度。此时，下阀芯在膜片10的作用位于零位，下节流口处于全开状态。
压力水P1从进水口Q1经过上节流口进入流量阀内的上腔，压力由P1减至P2。进入上腔内压力水P2经过阀体I3中心孔进入阀体下腔，由下节流口从出水口Q2流出，压力降为P3。同时，进口压力水P1通过导水孔进入阀体底部空间，作用在下阀芯II7的底端。
当作用在下阀芯II7底端的P1液压力大于其上端受到P2液压力，将推动下阀芯向上移动，达到一个新的受力平衡位置，下节流口也维持在相应的开度。此时，下节流口通过的流量就是在该电信号下的流量阀的流量。当水压流量控制阀进口压力P1不变，出口压力P3增大时，下节流口前后的压差(P2-P3)降低，通过下节流口的流量减少，导致P2增加，则下阀芯受力平衡遭到破坏。P2将推动下阀芯向下移动，直到P2恢复到原来值，从而保证上节流口前后压差(P1-P2)基本保持为定值。同理，若进口压力P1不变，出口压力P3减少时，下节流口前后压差(P2-P3)增大，通过下节流口的流量增多，导致P2下降，下阀芯将向上移动，直到P2恢复到原来值，这样保证了上节流口前后压差(P1-P2)基本保持为定值。如果进口压力P1增大，而出口压力P3保持不变，下阀芯在P1作用下向上移动，下节流口的通流面积将会减小，则从下节流口流出的流量减少，P2增大，以保证上节流口前后压差(P1-P2)基本为定值，同样地，当进口压力P1降低，而出口压力P3保持不变时，下阀芯上端受到的液压力、稳态液动力等的合力将大于其下端P1的液压力，从而推动阀芯向下移动，下节流口开度增大，流出的流量增加，导致P2降低，直至(P1-P2)恢复到原来值。当阀停止工作时，上阀芯2在复位弹簧4(圆柱螺旋弹簧或者碟簧)的作用下，处于全开状态，下阀芯在橡胶膜片10的作用下回到零位，也处于全开状态。

Claims (9)

1.一种海水液压比例流量控制阀，其特征在于：该流量控制阀主要由带位移传感器的比例电磁铁(12)、连接板(1)、上阀芯(2)、阀体I(3)、复位弹簧(4)、下阀芯I(5)、阀体II(6)、下阀芯II(7)、阀体III(8)、挡板(9)、膜片(10)、沉头螺钉(11)以及长螺栓(13)组成；比例电磁铁(12)和连接板(1)通过长螺栓(13)连接在一起，连接板(1)和阀体I(3)以及挡板(9)和阀体I(3)皆通过沉头螺钉固定；在阀体I(3)中开有上、下两空腔，上下两腔由通孔连通；上阀芯(2)和复位弹簧(4)置于阀体I(3)的上空腔，下阀芯处于阀体I(3)的下空腔；其中，复位弹簧(4)为圆柱螺旋弹簧或者碟簧；该流量阀采用板式连接，在阀体I(3)的同侧设有进水口Q1和出水口Q2，进、出水口与阀体I(3)的内部上、下空腔连通，同时在阀体I(3)上开有导水孔，并在导水孔中设置阻尼器，从而将进水口Q1与下阀芯II(7)底部空间相连。
2.根据权利要求1所述的一种海水液压比例流量控制阀，其特征在于：上阀芯(2)选用耐蚀材料加工制造，其结构为锥阀形式：阀芯锥面柱面以及锥面凸台之间皆为圆弧过渡；上阀芯(2)上设有连通孔；上阀芯(2)上端外侧攻有一段螺纹。
3.根据权利要求1所述的一种海水液压比例流量控制阀，其特征在于：上阀芯(2)与阀体I(3)形成上节流口，在节流口处，将阀体I(3)加工成倒角结构。
4.根据权利要求1所述的一种海水液压比例流量控制阀，其特征在于：下阀芯采用分体结构，由下阀芯I(5)和下阀芯II(7)组成；下阀芯I(5)和下阀芯II(7)通过螺纹连接，且两者皆用耐蚀材料加工制造。
5.根据权利要求1所述的一种海水液压比例流量控制阀，其特征在于：下阀芯I(5)端部平均分布的四个矩形槽与阀体I(3)形成下节流口；在下阀芯I(5)外端紧接矩形槽的位置设有锥形导流面。
6.根据权利要求1所述的一种海水液压比例流量控制阀，其特征在于：下阀芯II(7)的底部中心设有十字矩形槽。
7.根据权利要求1所述的一种海水液压比例流量控制阀，其特征在于：下阀芯与阀体III(8)通过膜片(10)进行密封；膜片采用橡胶加工制造；下阀芯I(5)穿过膜片(10)中间设置的通孔，随着与下阀芯II(7)的螺纹配合而固定；在膜片10、阀体II(6)以及阀体III(8)相同位置设置4个孔，通过沉头螺钉将膜片压紧在阀体II(6)和阀体III(8)之间。
8.根据权利要求1所述的一种海水液压比例流量控制阀，其特征在于：阀体II(6)、阀体III(8)、下阀芯I(5)以及下阀芯II(7)与膜片(10)的相接触的面加工为锯齿面。
9.根据权利要求1所述的一种海水液压比例流量控制阀，其特征在于：带位移传感器的比例电磁铁(12)能够检测上阀芯(2)的实际位置，将检测到的位移信号反馈给控制系统，控制系统对节流阀阀芯产生的任何偏差进行及时纠正。
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